物联网项目设计 （五） Paho mqtt 库在STM32+esp8266 硬件平台上的移植和使用第一部分，连接阿里云IOT平台

PV:

概述

本文代码链接 https://github.com/FranHawk/ConnectTOAliIOTServer.git
之前一直准备使用百度云天工作为物联网云平台，但是百度云天工平台的文档写的确实不是很好，相关API的接口也和其他方案有不一样，安全性不够好，故准备使用阿里云IOT平台。后期估计还要涉及到前后端的实现，自己搭建云服务器，才能完成数据存储和小程序开发。阿里云也提供了相关的接口，使用起来比较方便。

这几天查阅了很多的MQTT相关的资料，结果发现查到了太多底层的东西。根本没有太大的作用，浪费了很多时间。在掌握基本的MQTT的概念后，我发现只用掌握连接服务器，订阅话题，发布话题这些操作就足以满足最基本的需要。

在物联网设计（三）中，完成了连接本地服务器的功能，通过MQTT连接云服务器的步骤有所改变。

1.在使用TCP连接服务器的阶段，我们需要把连接的域名和端口改成云服务器的端口。
2.连接成功后进入透传模式
3.使用paho mqtt提供的函数连接服务器

接下来就要讲述如何一步步的完成这些操作

硬件准备

stm32+esp8266硬件设备一套

软件准备

已经注册好阿里云帐号并创建好设备，创建过程和前面百度云的创建过程类似，这里还是给出文档链接

当创建好设备后，会生成一个设备三元组，后面我们连接IOT平台使用一机一密的方式，这个设备三元组后面会经常用，记得妥善保存

移植paho mqtt库至STM32工程中

1.从github上下载paho mqtt嵌入式版本开源库，代码链接。

2.解压并打开

找到paho.mqtt.embedded-c-master\MQTTPacket\src的所有文件和paho.mqtt.embedded-c-master\MQTTPacket\samples里面的transport.c和transport.h两个文件

3.在自己的工程中新建一个文件夹存放这些文件，我用的工程是物联网（三）中创建的工程


4.在工程中添加这些文件

5.找到transport.c ,对其进行更改，首先改掉上面用的include函数，改为自己的，下面的是我根据自己的软件环境更改的头文件如下

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#include "stm32f1xx_hal.h"
#include "tim.h"
#include "usart.h"
#include "esp8266.h"
#include "stdio.h"
#include "stdlib.h"
#include "string.h"
#include "transport.h"

除了上面的头文件之外。这个文件自己带的include和define都被我删了

6.重点：更改transport_sendPacketBuffer和transport_getdatanb函数，这两个函数就是MQTT操作单片机发送和接受数据的主要函数，在这里我们用USART来改变里面的发送数据的函数，使用中断方式发送，中断方式接收

通过这样的方式，使硬件和上层MQTT应用层代码解耦合，如果之后使用不同的硬件，其他代码不需要更改，只需要更改transport中的代码。来适应当时使用的通讯模块就可以了。

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int transport_sendPacketBuffer(int sock, unsigned char* buf, int buflen)
{
	
	USART3_RX_STA = 0;
	memset(USART3_RX_BUF,0,USART3_MAX_RECV_LEN);
	HAL_UART_Transmit(&huart3, buf, buflen,1000);
	return buflen;
}


int transport_getdata(unsigned char* buf, int count)
{
	uint8_t i=10;
	memcpy(buf, (const char*)USART3_RX_BUF, count);
	
	USART3_RX_STA = 0;
	memset(USART3_RX_BUF,0,USART3_MAX_RECV_LEN);
	return count;
}

7.剩下的三个函数让他们直接变为空

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int transport_getdatanb(void *sck, unsigned char* buf, int count)
{
	
	return 0;
}
int transport_open(char* addr, int port)
{

	return 0;
}

int transport_close(int sock)
{
	return 0;
}

8.在main函数中加入头文件，以检验移植是否成功

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#include "esp8266.h"
#include "MQTTPacket.h"
#include "transport.h"

9.编译工程，没有错误，移植成功

连接阿里云服务器

1.根据单步调试的原则，先测试用TCP连接阿里云IOT服务器是否成功


根据以上的域名，更改在AT指令连接TCP服务器处的域名和端口号

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#define IOT_DOMAIN_NAME "a1w0XJbXwh0.iot-as-mqtt.cn-shanghai.aliyuncs.com"
#define IOT_PORTNUM 	"1883"

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uint8_t esp8266_Connect_Server()
{
	uint8_t i=10;
	char *p = (char*)malloc(50);
	sprintf((char*)p,"AT+CIPSTART=\"TCP\",\"%s\",\%s",IOT_DOMAIN_NAME,IOT_PORTNUM);
	while(esp8266_send_cmd(p,"CONNECT",1000)&&i)
	{
		u1_printf("链接服务器失败，尝试重新连接\r\n");
		i--;
	}
	free(p);
	if(i)
	{
		return 0;
	}
	else
	{
		return 1;
	}
}

下面是esp8266初始化函数的代码片段，完整代码请看物联网项目设计(三)

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u1_printf("设置为关闭多路连接\r\n");
	if(esp8266_send_cmd("AT+CIPMUX=0","OK",100))
	{
		u1_printf("关闭多路连接失败，准备重启\r\n");
		return 7;
	}else u1_printf("设置关闭多路连接成功\r\n");
	
	
	u1_printf("准备链接服务器\r\n");
	if(esp8266_Connect_Server())
	{
		u1_printf("连接服务器失败，等待重启\r\n");
		return 8;
	}else u1_printf("连接服务器成功\r\n");
	
	u1_printf("准备退出透传模式\n");
	if(esp8266_quit_trans())
	{
		u1_printf("退出透传模式失败，准备重启\r\n");
		return 6;
	}else u1_printf("退出透传模式成功\r\n");

通过串口助手发现成功连接

2.参考开源代码和文档，寻找连接方法。

这里先使用ping的方法而不是直接的订阅或发布一个MQTT话题还是考虑到步子不要跨的太大，先测试是否能连接上。
paho mqtt的github代码包中有比较简单的测试代码，我们可以借鉴

研究了下他的步骤，先是创建一个结构体，然后对结构体中的参数进行赋值，最后使用MQTTSerialize_connect连接，使用MQTTPacket_read(buf, buflen, transport_getdata) == CONNACK检测是否连接成功，然后定时，不停地ping，但是这些初始化参数如何设定呢，准备连接好后仔细研究下阿里云的文档，少走弯路。文档链接

以下是阿里云文档中对链接信息的描述

以下是Paho开源代码中的示例

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MQTTPacket_connectData data = MQTTPacket_connectData_initializer;
	data.clientID.cstring = "me";
	data.keepAliveInterval = KEEPALIVE_INTERVAL;
	data.cleansession = 1;
	data.username.cstring = "testuser";
	data.password.cstring = "testpassword";


	len = MQTTSerialize_connect(buf, buflen, &data);
	rc = transport_sendPacketBuffer(mysock, buf, len);

	printf("Sent MQTT connect\n");
	/* wait for connack */
	if (MQTTPacket_read(buf, buflen, transport_getdata) == CONNACK)
	{
		unsigned char sessionPresent, connack_rc;

		if (MQTTDeserialize_connack(&sessionPresent, &connack_rc, buf, buflen) != 1 || connack_rc != 0)
		{
			printf("Unable to connect, return code %d\n", connack_rc);
			goto exit;
		}
	}
	else
		goto exit;

	printf("MQTT connected\n");
	start_ping_timer();

	while (!toStop)
	{
		while(!time_to_ping());
		len = MQTTSerialize_pingreq(buf, buflen);
		transport_sendPacketBuffer(mysock, buf, len);
		printf("Ping...");
		if (MQTTPacket_read(buf, buflen, transport_getdata) == PINGRESP){
			printf("Pong\n");
			start_ping_timer();
		}
		else {
			printf("OOPS\n");
			goto exit;
		}
		
	}

3.尝试编写MQTT协议连接阿里云IOT服务器并ping通。

1.为了保证高度松耦合，连接MQTT服务器部分的代码我重新建立一个文件夹，并建立两个文件如下

因为最开始连的是百度服务器，所以名字起成上面的样子了。。。

2.头文件中按照之前的设备三元组构建宏定义

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#define  PRODUCTKEY           "a1w0XJbXwh0"                                        
#define  PRODUCTKEY_LEN       strlen(PRODUCTKEY)                                   #define  DEVICENAME			 "SmartLED_01"                                              
#define  DEVICENAME_LEN       strlen(DEVICENAME)                                   
#define  DEVICESECRE          "uwMJYOGSoAPNdZBOi8hyDXXXXXXXXXXX"                  				 
#define  DEVICESECRE_LEN      strlen(DEVICESECRE)

3.按照开源例程的写法，并参照阿里云的文档，就能知道如何连接云服务器，编写相关代码，每三秒ping一次阿里云的服务器。

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#include "IOT_baidu.h"
#include "utils_hmac.h"

uint16_t buflen=200;
unsigned char buf[200];

char ClientID[128];
uint8_t ClientID_len;

char Username[128];
uint8_t Username_len;

char Password[128];
uint8_t Password_len;

uint8_t IOT_baidu_connect()
{
		uint32_t len;
		
		char temp[128];
		
	
		
		MQTTPacket_connectData data = MQTTPacket_connectData_initializer;//
    
		buflen = sizeof(buf);
		memset(buf,0,buflen);
	
		memset(ClientID,128,0);                                               
		sprintf(ClientID,"%s|securemode=3,signmethod=hmacsha1|",DEVICENAME);  
	
		memset(Username,128,0);                                               
		sprintf(Username,"%s&%s",DEVICENAME,PRODUCTKEY);                      
	
		Username_len = strlen(Username);
	
		memset(temp,128,0);                                                                      
		sprintf(temp,"clientId%sdeviceName%sproductKey%s",DEVICENAME,DEVICENAME,PRODUCTKEY);       
		utils_hmac_sha1(temp,strlen(temp),Password,DEVICESECRE,DEVICESECRE_LEN); //Password的生成我使用的是网上的开源代码，如果没有的话可以使用阿里云文档中提供的密码静态生成工具                
		Password_len = strlen(Password);                                                         	
		u1_printf("ClientId:%s\r\n",ClientID);
		u1_printf("Username:%s\r\n",Username);
		u1_printf("Password:%s\r\n",Password);
		
		data.MQTTVersion = 3;
		data.clientID.cstring = ClientID;						
		data.keepAliveInterval = 120;		//保活时间，单位为秒，也就是120秒内必须和服务器通讯一次，否则判定你下线，你就要重新连接					
		data.cleansession = 1;									
		data.username.cstring = Username;						
		data.password.cstring = Password;						
		
		len = MQTTSerialize_connect(buf, buflen, &data); 		
		
		transport_sendPacketBuffer(3,buf, len);				
		unsigned char sessionPresent, connack_rc;
        do
        {
            while(MQTTPacket_read(buf, buflen, transport_getdata) != CONNACK)//¶Ô½ÓÊÕµ½µÄ±¨ÎĽøÐнâÎö
            {
                ;
            }
        }
        while(MQTTDeserialize_connack(&sessionPresent, &connack_rc, buf, buflen) != 1 || connack_rc != 0);
					if(connack_rc != 0)
					{
						u1_printf("connack_rc:%uc\r\n",connack_rc);
					}
					
					u1_printf("Connect Success!\r\n");
					
					while(1)
					{
						HAL_Delay(3000);
						len = MQTTSerialize_pingreq(buf, buflen);
						transport_sendPacketBuffer(3, buf, len);
						HAL_Delay(100);
						u1_printf("Ping...\r\n");
						if (MQTTPacket_read(buf, buflen, transport_getdata) == PINGRESP){
							u1_printf("Pong\r\n");
						
						}
						else {
							u1_printf("OOPS\r\n");
						
						}
					}
		return 0;
}

uint8_t IOT_baidu_ping(void)
{
		uint32_t len;
		len = MQTTSerialize_pingreq(buf, buflen);
		transport_sendPacketBuffer(3, buf, len);
		u1_printf("Ping...\r\n");
		if (MQTTPacket_read(buf, buflen, transport_getdata) == PINGRESP){
			u1_printf("Pong\r\n");
			return 0;
		}
		else {
			u1_printf("OOPS\r\n");
			return 1;
		}

}


4.最后在main中编写测试代码，并通过串口观察现象，每三秒ping一次

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u1_printf("开始配置");
	HAL_Delay(1000);
	HAL_Delay(1000);
	HAL_Delay(1000);
	
  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while(esp8266_Connect_IOTServer());
  while(IOT_baidu_connect());
  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
	  IOT_baidu_ping();
	  HAL_Delay(3000);
	  
  }


连接成功并ping通，同时在阿里云端发现设备在线，试验成功

总结

1.本次实验演示了如何使用Paho MQTT协议栈连接阿里云IOT平台，使用开源协议如MQTT的便利之处在于资料多，且多平台适用。
2.下一部分内容，使用stm32+esp8266订阅与发布阿里云平台的话题，并控制板子上LED的亮灭
3.研究了下阿里云整套开发流程，完成小程序的开发恐怕还要完成服务器的建立，工作量怕是要提升了

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